Človeštvo, ko ga gledamo na kozmični ravni, živi na drobnem pesku, ki plava v nepredstavljivo globokem oceanu. Velika prostranstva vesolja ločujejo celo najbližje zvezde, s čimer se zagotovi, da če se katerakoli inteligentna življenjska oblika poskuša razširiti po galaksiji, bo to zahtevalo precejšnje napore za premagovanje medzvezdnih morij.
Ko pogledamo zvezde, v upanju, da jih lahko obiščemo nekega dne, mnogi trdijo, da je medzvezdno potovanje nemogoče. Na koncu je najbližji znani zvezdni sistem oddaljen več kot 4 svetlobne leta od Zemlje.
Poglejmo si za trenutek: svetloba bo trajala 8 minut in 20 sekund za potovanje od površine Sonca do atmosfere našega planeta. Torej, ko pogledate Sonce, veste, da je sončna toplota, ki jo čutite na obrazu, potovala 90 milijonov kilometrov skozi medplanetarni prostor in prišla na vašo kožo skoraj 9 minut kasneje.
Toda svetloba traja približno štiri leta in pol, da potuje od našega Sonca do Alpha Centaurija, najbližjega zvezdnega sistema zunaj našega sončnega sistema, da pokrije 26 trilijonov milj medzvezdnega prostora. Zdaj imamo idejo tega obsega; če pošljemo vesoljsko ladjo Alpha Centauriju, ki uporablja pogonske metode, ki so nam trenutno na voljo, bo trajalo približno 80.000 let. Zato ni presenetljivo, da med kozmično praznino čutimo v karanteni.
Kot lahko vidimo, medzvezdnega potovanja ni tako enostavno izpolniti in je zgodovinski izziv, zato bo treba narediti globalna prizadevanja, da bo to mogoče. In vedno več znanstvenikov razume, da je dejansko mogoče.
Torej, ko je v torek, na dan 55. obletnice junaškega zagona Jurija Gagarina v vesolje, bila podana izjava o Starshot Breakthroughu, je svet nenadoma ugotovil, da obstaja skupina inženirjev, znanstvenikov, futurologov in podjetnikov, ki vidijo prihodnost, v kateri človeštvo bo sprejelo ta pomemben korak v globine neznanega, pošiljanje flote majhnih raziskovalnih robotov v to "nemogočo" destinacijo - Alpha Centauri. Poleg tega britanska težka teoretična fizika Stephen Hawking napne svoja prizadevanja, ruski milijarder Yuri Milner pa na začetku projekta vlaga do 100 milijonov dolarjev. V upravnem odboru so znani posamezniki, kot je Mark Zuckerberg, in vodil bo nekdanji direktor NASA-jevega raziskovalnega centra Ames Pete Warden. To seveda ni prvi projekt, ki bi obravnaval vprašanje medzveznih potovanj. Skoki iz zvezde do zvezde so že več desetletij hrana za zgodbo o znanstvenih fantastikah, toda prvi pomemben načrt je nastal v britanski medplanetarni družbi v sedemdesetih letih, kar je privedlo do projekta Daedalus - pošastne medzvezdne ladje brez posadke, velike kot Empire State Building. Večina mase Daedalusa je nastala zaradi velike količine goriva, ki bi bila potrebna za pospeševanje vozila in zaviranje, takoj ko doseže cilj. Ko je študiral medzvezdni prostor, je Daedalus poslal močan signal: poslal veliko ladjo ali sploh ne razmišlja o potovanju.
V tem primeru bo vesoljsko plovilo sproženo s serijo jedrskih eksplozij z metodo, ki je bila izumljena v hladni vojni, znana kot gibanje zaradi jedrskih impulzov. Ta koncept je dal veliko, predvsem tisto, kar je postalo revolucionarna tehnologija in velik dosežek na področju raziskav materialov v prihodnosti in ki je omogočil ustvarjanje takega vozila.
Trenutno je mednarodna ekipa znanstvenikov in inženirjev nadaljevala delo Daedalusa, ki je premišljeval o prvotnem poskusu v neprofitni skupini Icarus Interstellar, ki se je začela kot projekt Icarusa ("sin Daedalus"). Ikarus ima zdaj več projektov, vsi z istim končnim ciljem: premik človeštva proti zvezdam in premagovanje tehnoloških in socialno-ekonomskih ovir na poti.
Bilo je nekaj resno financiranih prizadevanj za nadaljnji razvoj medzvezdne tehnologije, vendar se je to spremenilo v letu 2011, ko so ameriška raziskovalna agencija DARPA in NASA podarili 500.000 $ za začetek 100-letnega projekta Starship, ki ga vodi nekdanji astronavt Maestro NASA. Toda medzvezdna skupnost še nikoli ni doživela tako velike finančne podpore, ki prinaša preboj z zvezdami - dejstvo, ki je navdušilo člane medzvezdne znanstvene skupnosti. "To je neverjetno," je dejal Andreas Tziolas, soustanovitelj in predsednik Intercellar Icarus na Discovery News.
Ključ do cilja Icarus Interstellar je prizadevanje, da bi prinesli mir na veselje medzvezdnega raziskovanja. V takšnih neštetih zgodovinskih primerih človeštvo zasije, ko prečka meje, in ima lahko takšne visoke cilje, da ustvari preboj ali »preboj« tehnologije.
Med pomembne primere spadajo vesoljska dirka, ko so politični ideali ZDA in Sovjetsko zvezo potisnili v orbito, nato pa leta 1969 pristali na luni. Tehnologije, razvite za doseganje končne vojaške superiornosti, so dozorele, da bi nam dali vesoljske tehnologije, ki jih danes jemljemo za samoumevne.
Pogosto nove tehnologije, razvite na poti do velikega cilja, imajo aplikacije, ki se na začetku zdijo neperspektivne, vendar lahko njihova nepričakovana uporaba za dosego tega cilja preoblikuje naš planet, od razvoja čistih virov energije do iskanja načinov za upočasnitev in morda podnebne spremembe.
Običajno so se za rešitev problema rodile raziskave na področju novih tehnologij, Tziolas pa je lahko identificiral resne težave, s katerimi se bo moral skoraj takoj soočiti projekt Starshot.
Ključna ideja podjetja Starshot je oblikovati majhno vesoljsko plovilo, ki bo z laserskim impulzom pospešilo do 20 odstotkov svetlobne hitrosti. Končni cilj Starshota je doseči Alpha Centauri za eno generacijo. Ta vesoljska plovila, znana kot "nanokraft", bodo morala potovati 1000 krat hitreje kot najhitrejše vesoljsko vozilo, ki ga je zgradilo človeštvo. Nova Horizons - vesoljsko plovilo NASA, ki je leta 2015 preletelo Pluton, je prebilo zunanji sončni sistem s hitrostjo 770.000 milj na dan. Vesoljsko plovilo Voyager-1 je letelo še hitreje in je prekrivalo skoraj milijon kilometrov na dan. Čeprav je Alpha Centauri tako hiter kot New Horizons in Voyager-1, ni dosegel cilja več deset tisoč let. Zanimivo je, da je Voyager-1 zdaj medzvezdna sonda, ki je zapustila magnetni mehurček heliosfere našega Sonca in je trenutno edino medzvezdno vesolje. Glede na to, da se je vesoljsko plovilo z jedrskim pogonom začelo leta 1977 in je skoraj 4 desetletja porabilo samo za dosego medzvezdnega prostora, se moramo gibati hitreje. Veliko hitreje.
Ekipa Starshot to razume in je šla na način miniaturizacije, da bi zgradila floto drobnih vesoljskih plovil, ki so tehtali le gram. Seveda se zdi, da pakiranje vseh instrumentov, potrebnih za delovanje in nadzor takšnega vodenega pogleda s pomočjo majhnega vesoljskega plovila, na tako omejeni masi, zdi nesmiselno, vendar bo vse to raziskovalno delo prestavilo paradigmo iz večine drugih medzvezdnih konceptov. To bodo drobni roboti, opremljeni s kamerami, senzorji in navigacijsko opremo, priključeno na tanko in lahko jadro, ki bo izkoristila moč močnega zemeljskega laserja za letenje iz sončnega sistema v Alpha Centauri.
Toda, kot poudarja Tziolas, čeprav se laserska tehnologija hitro premika naprej, je težko predstavljati iz kakšnega materiala bo izdelana nanokrafta. Tudi če njihova laserska jadra odražajo večino laserske energije, ki pade na njih, bo prišlo do velikega ogrevalnega problema. Odkrito rečeno, nanokraft bo izgorel s hipotetičnim 100-gigavatnim laserjem, če se toplota ne seva učinkovito. Da pa seva toplota, bodo nanokrafti potrebovali radiatorje, ki bodo povečali maso.
"Brez hladilne tekočine morate sevati (toploto) nazaj v vesolje in edini način za to je uporaba mikrovalovnih pečic, in edini način, da to res naredimo je povečanje površine," je dejal Tziolas. "Torej potrebujete radiatorje, ki oddajajo toploto in ki povečujejo težo ... radiatorji bodo verjetno kovinski listi." Morda je to eden tistih problemov, kjer se rodijo nove tehnologije? Lahko se razvijejo izredno lahki materiali z visoko temperaturo, ki se lahko ohladijo in imajo veliko število aplikacij v vesolju in industriji. Kdo ve.
Ob predpostavki, da se ti nanokrafti lahko sprožijo in pošiljajo izven solarnega sistema, morajo biti zelo trpežni in prožni. Toda 20 let je dolgo v vesolju, in čeprav je medzvezdni medij precej prazen po standardih sončnega sistema, lahko ta vozila zadenejo karkoli, celo najmanjša prašna zrna vzdolž njene 20-letne poti lahko vplivajo na katero koli komponento, tako kot hitra krogla razbije porcelansko skodelico. Ne smemo pozabiti, da bodo ti nanokrafti potovali z 20 odstotki hitrosti svetlobe - več kot 130 milijonov kilometrov na uro. Čeprav bodo majhni, ali bodo potrebovali zaščito? Morda, toda to bo še povečalo njihovo težo in jih nazadnje upočasnilo.
V skladu s trenutnim načrtom bo neuspeh misije ublažen s pošiljanjem velikih količin nanokraftov v misijo. Čeprav lahko veliko nanokraftov umre na poti, lahko nekateri pridejo na cilj.
Torej obstajajo matice in vijaki za povezavo. To so potrebne stvari za pošiljanje majhne vesoljske ladje v drugo zvezdo, toda kaj je smisel, če ne vidimo slik? Ta nanokraft potrebuje oddajnike za pošiljanje domačih podatkov, toda kako močni naj bodo ti oddajniki?
»Po mojem mnenju je velik problem komunikacija,« je povedal Robert Freeland, namestnik vodje projekta za Icarus. "Več članov projektne skupine Icarus je lani že nekaj mesecev načrtovalo komunikacijski sistem za ladjo Icarus, pri čemer je treba priznati, da je hitrost prenosa podatkov za Ikar večkrat višja kot pri projektu, ker je Icarus zasnovan tako, da popolnoma upočasni Alpha Centauri in ustvarjanje postaje za dolgoročna, podrobna opazovanja. " Freeland opozarja, da so nanokrafti Starshot zasnovani za preprost prehod čez Alpha Centauri, ne da bi šli v orbito - ključna prednost, da so majhni in lahki. Med letom bodo morali opraviti hitro serijo opazovanj in nato čez nekaj časa poslati podatke domov. Toda oslabitev (izguba kakovosti signala) na veliki medzvezdni razdalji je lahko problem z oddajnikom z nizko porabo, ki je zapakiran v tako majhno ladjo.
"Če je tako, potem obstajajo argumenti v korist večjih sond, z večjimi napajalniki," je dodal. "Daj mi kilogram koristnega tovora in težava postane malo enostavnejša. Vendar pa bo za povečanje koristnega tovora za 1000 krat potrebna kombinacija večjega laserja, večjega jadra, daljšega časa pospeševanja ali manjše največje hitrosti."
Potem se zdi, da se težave hitro množijo.
Kaj pa navigacija? Seveda lahko nanokraft vsebuje drobne kamere, ki lahko delujejo kot iskalci smeri zvezd, ki jih usmerjajo na pravo pot, toda kako vemo, kdaj dosežejo Alpha Centauri? Če naredite posnetke hipotetičnih planetov, ki krožijo okoli zvezde, kako to sondo vedo, kje (in kdaj) jo je treba opraviti? Vedno imejte v mislih, da traja približno 4 leta, da nanokraft pošlje nazaj podatke, in poslati moramo ukaz "srečanje" 4 leta, preden sonde dosežejo Alpha Centauri! Morda bomo pred izstrelitvijo imeli vesoljske teleskope, ki bodo natančno določali eksoplanete v sistemu Alpha Centauri, in ti nanoprobi bodo imeli neke vrste umetno inteligenco, ki jim bo pomagala razviti svoje orbite ob prihodu.
Kaj pa praktični problemi z zmogljivim laserjem na Zemlji, ki sije skozi ozračje? Ali je lahko nevarno za naravo, zračni promet in (po možnosti) vesoljske lete? Morda bi morali ponovno razmisliti o načrtu za lociranje tega laserja na Zemlji, morda bi morali najti način, da ga postavimo v vesolje. Kaj pa luna? Imajo težave in očitne prepovedi, vendar je to vsaj začetek. Prvič se zdi, da je globalno zanimanje za doseganje zvezd, ki se začenja spremljati s precejšnjo količino denarja, ki bo uporabljen za ogromen napredek v temeljni medzvezni znanosti. Navsezadnje misije Starshot ne moremo celo imenovati načrta, to je izhodišče, toda medzvezdna znanost potrebuje tovrstne naložbe, vsaj za testiranje teorije in delo z nastajajočimi problemi.
"Začeti moramo nekje ... zanimanje za medzvezdno inteligenco, za kar smo se borili," je dejal Tziolas. "To je ena od nalog Icarusovega medzvezdnika, da naredi medzvezdno raziskovanje običajno, da dvigne ozaveščenost."
Skupine, kot je Ikarus, bodo prepoznale probleme in razvile rešitve, poiskale nove tehnologije na poti, ki bi lahko spremenile naš način življenja. Kot porast komercialnih interesov prostora v Združenih državah podpira dostavo tovora na Mednarodno vesoljsko postajo in izstrelitev satelitov v orbito, lahko vidimo razvoj industrije v naprednih pogonskih tehnologijah, ki lahko privabljajo podjetja in navdihujejo otroke, da začnejo izobraževanje v znanosti in tehnologiji.
Vendar pa obstaja več glavnih razlogov, zakaj bi bilo treba človeštvo motivirati za plovbo v medzvezdnih morjih. Stephen Hawking je odkrit zagovornik smeri človeštva do zvezd, če naš planet v prihodnosti ne bo uspel. "Zemlja je odličen kraj, vendar ne more trajati večno," je dejal v sporočilu za tisk Starshot. "Prej ali slej moramo pogledati zvezde. Preboj Starshota je zelo razburljiv prvi korak na poti."
Čeprav je uničenje Zemlje zagotovo dejavnik motivacije, se strinjam, da smo kot vrsta motivirani za raziskovanje meja našega sveta in našega uma. S prevzemanjem pobude v vesolju, raziskovanjem novih svetov v našem sončnem sistemu in prizadevanjem za zvezde, razkrivamo najboljše lastnosti naše vrste za dolgo pot, ki nam lahko pomaga razumeti naše mesto v prostoru.
